Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur

A. Teori Tentang Atom

1. Democritus (500 SM)
Filsuf dari Yunani ini percaya bahwa semua materi (zat) tersusun dari partikel yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi yang disebut dengan atomos (tidak dapat dibagi)

2. John Dalton (1766 - 1844)
Seorang guru juga ilmuwan Inggris ini mendefinisikan bahwa benda terkecil penyusun materi yang tidak dapat dibagi lagi sebagai "atom". Ia membuat hipotesis yang menjadi dasar berkembangnya kimia modern. Berikut hipotesis yang telah dibuatnya :

• Unsur tersusun atas partikel yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi yang disebut dengan atom
• Atom-atom yang menyusun suatu unsur adalah identik, baik massa, ukuran dan sifatnya sama. Sedangkan atom dari unsur yang berbeda mempunyai massa, ukuran dan sifat yang beda
• Senyawa tersusun dari atom-atom yang terdiri dari dua unsur atau lebih dengan perbandingan tetap dan tertentu
• Atom tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.

B. Struktur Atom

Sampai sekarang tak ada alat yang mampu untuk melihat bagaimana bentuk dan susunan atom. Penyelidikan dilakukan dengan mengamati fenomena yang ditimbulkannya. Setelah diamati ternyata atom mempunyai sifat listrik. Atom tersusun dari partikel-partikel penyusun yang terdiri dari Elektron, Proton dan Neutron.

1. Elektron
   Bermula dengan ditemukannya tabung sinar katode oleh Karl Ferdinand Braun. Ia mengamati aliran radiasi dari kutub negatif (katode) menuju kutub positif (anode) yang disebut sinar katode. Sifat sinar katode ini disempurnakan oleh Sir William Crookes.
   Kemudian penelitian sinar katode disempurnakan oleh Joseph John Thomson. J.J Thomson menemukan muatan elektron yaitu sebesar 1,76 x 10¹⁸ coulomb/gram.
   Penyelidikan lebih lanjut dilakukan Robert A.Milikan dengan percobaan tetes minyak.
   Milikan menyebutkan bahwa muatan 1 elektron adalah 1,6022 x 10^-19 C
   J.J Thomson kemudian menyebutkan atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan di dalamnya tersebar muatan negatif elektron. Teori ini dikenal dengan teori roti kismis.
   
2. Inti Atom dan Proton
   Tahun 1886, Eugene Goldstein memodifikasi tabung sinar katode dengan melubangi lempeng katodenya. Ia menemukan sinar yang menembus lubang katodenya yang disebut sinar kanal.
   Selanjutnya, Wilhelm Wien menyebutkan bahwa sinar kanal tersebut disebut proton.
   Untuk mengetahui kedudukan partikel-partikel tersebut, Ernest Rutherford melakukan percobaan dengan hamburan sinar alfa terhadap lempeng tipis emas. Rutherford menyimpulkan bahwa atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.
    
3. Neutron
   Tahun 1932, James Chadwick menemukan kejanggalan pada penelitian Rutherford. Penelitiannya menunjukkan kesalahan pada perbandingan massa atom hidrogen dan massa atom helium. Chadwick melakukan percobaan hamburan partikel alfa terhadap boron dan parafin . Apabila partikel alfa ditembakkan pada lapisan logam boron, ternyata logam tersebut memancarkan sinar yang serupa dengan gelombang elektromagnetik berenergi tinggi. Sinar tersebut tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet. Percobaan selanjutnya menunjukkan bahwa sinar tersebut merupakan partikel netral yang mempunyai massa sedikit lebih besar daripada massa proton. Partikel ini diberi nama neutron

C. Tanda Atom

Nomor Atom (Z), adalah jumlah proton terdapat dalam inti atom
Nomor Massa (A), adalah jumlah proton dan neutron.

secara umum :
A     =  nomor massa

        =  jumlah proton ( p ) + jumlah neutron ( n )

A     =  p + n = Z + n

1).    ISOTOP

Adalah atom-atom dari unsur yang sama (mempunyai nomor atom yang sama) tetapi berbeda nomor massanya.

2).    ISOBAR

Adalah atom-atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda) tetapi mempunyai nomor massa yang sama.

3).    ISOTON

Adalah atom-atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda) tetapi mempunyai jumlah neutron yang sama.

D. Perkembangan Teori Atom

1).    Model Atom Dalton
a)       Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil.
b)       Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dipecah lagi.
c)       Atom suatu unsur sama memiliki sifat yang sama
d)       Senyawa terbentuk jika atom bergabung satu sama lain.
e)       Reaksi kimia hanyalah reorganisasi dari atom-atom

2).    Model Atom Thomson
Setelah ditemukannya elektron oleh J.J Thomson, disusunlah model atom Thomson yang merupakan penyempurnaan dari model atom Dalton. Menurut Thomson :
a)       Atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron (bagaikan kismis dalam roti kismis)
b)       Atom bersifat netral, yaitu muatan positif dan muatan negatif jumlahnya sama

3).    Model Atom Rutherford
a)       Rutherford menemukan bukti bahwa dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan positif, berukuran lebih kecil daripada ukuran atom tetapi massa atom hampir seluruhnya berasal dari massa intinya.
b)       Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan berada pada pusat atom serta elektron bergerak melintasi inti (seperti planet dalam tata surya).
c)       Atom bersifat netral.
d)       Jari-jari inti atom dan jari-jari atom sudah dapat ditentukan.

4).    Model Atom Niels Bohr
·         Model atomnya didasarkan pada teori kuantum untuk menjelaskan spektrum gas hidrogen.
·         Menurut Bohr, spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya menempati tingkat-tingkat energi tertentu dalam atom.
Menurutnya :
a)       Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan di sekitarnya beredar elektron-elektron yang bermuatan negatif.
b)       Elektron beredar mengelilingi inti atom pada orbit tertentu dengan gerakan stasioner (tetap), selanjutnya disebut dengan tingkat energi utama (kulit elektron) yang dinyatakan dengan bilangan kuantum utama (n).
c)        Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energinya akan tetap
d)       Elektron hanya dapat berpindah dari lintasan stasioner yang lebih rendah ke lintasan stasioner yang lebih tinggi jika menyerap energi. Sebaliknya, jika elektron berpindah dari lintasan stasioner yang lebih tinggi ke rendah terjadi pelepasan energi.

• Elektron-elektron yang mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut dengankulit elektron atau tingkat energi. 
• Elektron menempati mulai dari kulit pertama K (dekat atom), kulit kedua disebut L, kulit ketiga disebut M, dan seterusnya. 
• Tiap tiap kulit elektron hanya dapat ditempati oleh maksimum 2n^2, dengan n adalah nomor kulit
• Jumlah elektron yang menempati kulit terluar disebut elektron valensi. Contoh elektron valensi K adalah 1, elektron valensi P adalah 5
  
  

5).    Model Atom Modern ( Mekanika Kuantum )
Dikembangkan berdasarkan teori mekanika kuantum yang disebut mekanika gelombang; diprakarsai oleh 3 ahli :
a)       Louis Victor de Broglie
Menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu sebagai materi dan sebagai gelombang.
b)       Werner Heisenberg
Mengemukakan prinsip ketidakpastian untuk materi yang bersifat sebagai partikel dan gelombang.
c)        Erwin Schrodinger (menyempurnakan model Atom Bohr)
Berhasil menyusun persamaan gelombang untuk elektron dengan menggunakan prinsip mekanika gelombang.

Teori tentang Model Atom Modern :
a)       Atom terdiri dari inti atom yang mengandung proton dan neutron sedangkan elektron-elektron bergerak mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom.
b)       Orbital yaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.
c)        Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.

Ø  Orbital digambarkan sebagai awan elektron yaitu : bentuk-bentuk ruang dimana suatu elektron kemungkinan ditemukan.
Ø  Semakin rapat awan elektron maka semakin besar kemungkinan elektron ditemukan dan sebaliknya.

E. Sistem Periodik Unsur

1. Perkembangan Sistem Periodik

1. Triade Dobereiner
   menyatakan : Bila unsur-unsur dikelompokkan berdasarkan kesamaan sifat dan diurutkan nomor massa atomnya, maka disetiap kelompok terdapat tiga unsur dimana nomor massa unsur yang di tengah merupakan rata-rata dari massa unsur yang di tepi.- Dikemukakan oleh Johan Wolfgang Dobereiner (Jerman).
   - Unsur-unsur dikelompokkan ke dalam kelompok tiga unsur yang disebut Triade.
   - Dasarnya : kemiripan sifat fisika dan kimia dari unsur-unsur tersebut.

No atom Li = 3, No atom K = 19, maka No. atom Na = (3+19)/2 = 11
2. Oktaf Newlands
   menyatakan : Jika unsur-unsur disusun berdasarkan kenaikan massa atom, maka sifat unsur tersebut akan berulang setelah unsur kedelapan
   
   - Dikemukakan oleh John Newlands (Inggris).
   - Unsur-unsur dikelompokkan berdasarkan kenaikan massa atom relatifnya (Ar).
   - Unsur ke-8 memiliki sifat kimia mirip dengan unsur pertama; unsur ke-9 memiliki sifat yang mirip dengan unsur ke-2 dst.
   - Sifat-sifat unsur yang ditemukan berkala atau periodik setelah 8 unsur disebut Hukum Oktaf
   
   Berdasarkan Daftar Oktaf Newlands di atas; unsur H, F dan Cl mempunyai kemiripan sifat.
3. Sistem Periodik Mendeleev
   
   - Dua ahli kimia, Lothar Meyer (Jerman) dan Dmitri Ivanovich Mendeleev (Rusia) berdasarkan pada prinsip dari Newlands, melakukan penggolongan unsur.
   - Lothar Meyer lebih mengutamakan sifat-sifat kimia unsur sedangkan Mendeleev lebih mengutamakan kenaikan massa atom.
   - Menurut Mendeleev : sifat-sifat unsur adalah fungsi periodik dari massa atom relatifnya. Artinya : jika unsur-unsur disusun menurut kenaikan massa atom relatifnya, maka sifat tertentu akan berulang secara periodik.
   - Unsur-unsur yang memiliki sifat-sifat serupa ditempatkan pada satu lajur tegak, disebut Golongan.
   - Sedangkan lajur horizontal, untuk unsur-unsur berdasarkan pada kenaikan massa atom relatifnya dan disebut Periode.
4. Sistem Periodik Modern
   - Dikemukakan oleh Henry G Moseley, yang berpendapat bahwa sifat-sifat unsur merupakan fungsi periodik dari nomor atomnya.
   - Artinya : sifat dasar suatu unsur ditentukan oleh nomor atomnya bukan oleh massa atom relatifnya (Ar).
   - Pada lajur mendatar disebut periode, lajur tegak disebut golongan
   

2. Hubungan Konfigurasi Elektron dan Sistem Periodik

• Jumlah kulit elektron menunjukkan letak periode. 
  Pada konfigurasi unsur-unsur periode ke-2 mempunyai jumlah kulit sebanyak 2 buah
  Contoh :
  9F            : 2 , 7                      periode ke-2
  12Mg       : 2 , 8 , 2                 periode ke-3
  31Ga        : 2 , 8 , 18 , 3          periode ke-4
• Jumlah elektron valensi suatu atom unsur menunjukkan golongan
  Pada konfigurasi unsur-unsur golongan ke-2, elektron valensi golongan IIA mempunyai elektron valensi sebanyak 2 elektron
  Contoh :                    __
  4 Be          : 2 2             |
  12Mg        : 2 8 2           |----> golongan IIA
  20Ca         : 2 8 8 2   __|

3. Sifat-Sifat Keperiodikan

1).   Jari-Jari Atom

• Adalah jarak dari inti atom sampai ke elektron di kulit terluar.
• Besarnya jari-jari atom dipengaruhi oleh besarnya nomor atom unsur tersebut.
• Semakin besar nomor atom unsur-unsur segolongan, semakin banyak pula jumlah kulit elektronnya, sehingga semakin besar pula jari-jari atomnya.
  Jadi : dalam satu golongan (dari atas ke bawah), jari-jari atomnya semakin besar.
• Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), nomor atomnya bertambah yang berarti semakin bertambahnya muatan inti, sedangkan jumlah kulit elektronnya tetap. Akibatnya tarikan inti terhadap elektron terluar makin besar pula, sehingga menyebabkan semakin kecilnya jari-jari atom.
  Jadi : dalam satu periode (dari kiri ke kanan), jari-jari atomnya semakin kecil.

2).   Jari-Jari Ion

• Ion mempunyai jari-jari yang berbeda secara nyata (signifikan) jika dibandingkan dengan jari-jari atom netralnya.
• Ion bermuatan positif (kation) mempunyai jari-jari yang lebih kecil, sedangkan ion bermuatan negatif (anion) mempunyai jari-jari yang lebih besar jika dibandingkan dengan jari-jari atom netralnya.

3).   Energi Ionisasi ( satuannya = kJ.mol-1 )

• Adalah energi minimum yang diperlukan atom netral dalam wujud gas untuk melepaskan satu elektron sehingga membentuk ion bermuatan +1 (kation).
• Jika atom tersebut melepaskan elektronnya yang ke-2 maka akan diperlukan energi yang lebih besar (disebut energi ionisasi kedua), dst.

EI 1< EI 2 < EI 3 dst

   -Dalam satu golongan (dari atas ke bawah), EI semakin kecil karena jari-jari atom bertambah sehingga gaya tarik inti terhadap elektron terluar semakin kecil. Akibatnya elektron terluar semakin mudah untuk dilepaskan.

   -Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), EI semakin besar karena jari-jari atom semakin kecil sehingga gaya tarik inti terhadap elektron terluar semakin besar/kuat. Akibatnya elektron terluar semakin sulit untuk dilepaskan.

4).  Afinitas Elektron ( satuannya = kJ.mol-1 )

• Adalah energi yang dilepaskan atau diserap oleh atom netral dalam wujud gas apabila menerima sebuah elektron untuk membentuk ion negatif (anion).
• Semakin negatif harga afinitas elektron, semakin mudah atom tersebut menerima/menarik elektron dan semakin reaktif pula unsurnya.
• Afinitas elektron bukanlah kebalikan dari energi ionisasi.
• Dalam satu golongan (dari atas ke bawah), harga afinitas elektronnya semakin kecil.
• Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), harga afinitas elektronnya semakin besar.
• Unsur golongan utama memiliki afinitas elektron bertanda negatif, kecuali golongan IIA dan VIIIA.
• Afinitas elektron terbesar dimiliki golongan VIIA.

5).   Keelektronegatifan

• Adalah kemampuan suatu unsur untuk menarik elektron dalam molekul suatu senyawa (dalam ikatannya).
• Diukur dengan menggunakan skala Pauling yang besarnya antara 0,7 (keelektronegatifan Cs) sampai 4 (keelektronegatifan F).
• Unsur yang mempunyai harga keelektronegatifan besar, cenderung menerima elektron dan akan membentuk ion negatif.
• Unsur yang mempunyai harga keelektronegatifan kecil, cenderung melepaskan elektron dan akan membentuk ion positif.
• Dalam satu golongan (dari atas ke bawah), harga keelektronegatifan semakin kecil.
• Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), harga keelektronegatifan semakin besar.

6).   Sifat Logam dan Non Logam

• Sifat logam dikaitkan dengan keelektropositifan, yaitu kecenderungan atom untuk melepaskan elektron membentuk kation.
• Sifat logam bergantung pada besarnya energi ionisasi ( EI ).
• Makin besar harga EI, makin sulit bagi atom untuk melepaskan elektron dan makin berkurang sifat logamnya.
• Sifat non logam dikaitkan dengan keelektronegatifan, yaitu kecenderungan atom untuk menarik elektron.
• Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), sifat logam berkurang sedangkan sifat non logam bertambah.
• Dalam satu golongan (dari atas ke bawah), sifat logam bertambah sedangkan sifat non logam berkurang.
• Unsur logam terletak pada bagian kiri-bawah dalam sistem periodik unsur, sedangkan unsur non logam terletak pada bagian kanan-atas.
• Unsur yang paling bersifat non logam adalah unsur-unsur yang terletak pada golongan VIIA, bukan golongan VIIIA.
• Unsur-unsur yang terletak pada daerah peralihan antara unsur logam dengan non logam disebut unsur Metaloid ( = unsur yang mempunyai sifat logam dan sekaligus non logam ). Misalnya : boron dan silikon

7).   Kereaktifan

• Kereaktifan bergantung pada kecenderungan unsur untuk melepas atau menarik elektron.
• Unsur logam yang paling reaktif adalah golongan IA (logam alkali).
• Unsur non logam yang paling reaktif adalah golongan VIIA (halogen).
• Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), mula-mula kereaktifan menurun, kemudian semakin bertambah hingga golongan VIIA.
• Golongan VIIIA merupakan unsur yang paling tidak reaktif.